Evonik: Strategien zum Wassersparen

KÜHLEN MIT ABWASSER

Das Wasser ist nie weit: Auf einem schmalen Landstreifen zwängt sich der große Produktionsstandort von Evonik im belgischen Antwerpen zwischen einen Kanal und die Schelde, die hinter Europas zweitgrößtem Seehafen auf einen Kilometer Breite und mehr anwächst, ehe sie in die Nordsee mündet. Trotzdem zerbrechen sich die Standortverantwortlichen schon länger den Kopf, wie es langfristig weitergeht mit der Wasserversorgung. Denn die Anlagen von Evonik brauchen viel Flüssigkeit für Kühlung, Dampf und Prozesse.

Weil die Gezeiten Salz- und Süßwasser in der Schelde zu Brackwasser vermischen, ist es nicht für alle Zwecke zu gebrauchen. Auch der etwas weniger salzige Kanal ist nicht endlos nutzbar: „Lange konnten wir unseren Kühlbedarf mit Kanalwasser zur Durchlaufkühlung decken“, erklärt Dirk ­Goossens, Sustain­ability Coordinator am Standort. Mit dem Bau zweier großer Anlagen stieß man aber vor Jahren an Grenzen: „Vor allem im Sommer können und dürfen wir nicht beliebig viel Wärme an den Kanal abgeben“, so Goossens. Zu warmes Wasser würde das biologische Gleichgewicht stören. Alle neuen Anlagen kühlt Evonik deshalb mithilfe von Kühltürmen, die Wasser im Kreis führen und Wärme an die Luft abgeben. „Dazu brauchen wir aber sehr sauberes Süßwasser“, sagt Jorn Walscharts, Betriebsleiter Energie und Abwasser am Standort. Rund 1,4 Millionen Kubikmeter müssen pro Jahr eingespeist werden, um verdunstete Mengen auszugleichen und das System nicht auf Dauer „verkalken“ zu lassen. Sie kommen heute noch aus dem öffentlichen Trinkwassernetz. Das soll sich bald ändern: „Wir wollen kommunales Abwasser der Stadt Antwerpen so aufbereiten, dass wir es direkt für die Kühlung einsetzen können“, so Walscharts.

Auf dem Gelände eines ehemaligen Opel-Werks plant Antwerpens kommunaler Wasserversorger zusammen mit mehreren Technologieunternehmen eine Art Kühlwasserfabrik. Dort soll künftig das Abwasser von 600.000 Haushalten aufbereitet werden – rund 20 Millionen Kubikmeter pro Jahr. „Das Wasser hat die normale Kläranlage schon durchlaufen und würde eigentlich in den Fluss eingeleitet werden“, erklärt Walscharts. Stattdessen wird es künftig in einer sogenannten Umkehrosmose noch einmal durch eine spezielle Membran gedrückt, die letzte Verunreinigungen und Salze entfernt. „Das Ergebnis ist recyceltes Wasser, das salzärmer ist als Trinkwasser“, sagt ­Wals­charts. „Das ist für uns von großem Vorteil.“

Denn Evonik kann so in Antwerpen nicht nur auf wertvolles Trinkwasser für die Kühlung, sondern auch in der Dampferzeugung und für chemische Prozesse verzichten – in Summe rund 2,5 Millionen Kubikmeter pro Jahr. Auch die standorteigenen Entsalzungsanlagen werden entlastet. „Dadurch sparen wir noch einmal gut zehn Prozent Wasser und zusätzliche Chemikalien“, sagt ­Goossens. In drei Jahren soll die Anlage laufen.

SPAREN MIT FILTERTECHNIK

An Wetterextreme ist Thailand gewöhnt. Das ganze Land ist davon abhängig, dass in der Regenzeit Wasser in Reservoirs zurückgehalten wird, um Überschwemmungen zu verhindern. In der Trockenzeit ermöglichen diese Speicher dann eine sichere Versorgung mit Wasser und Strom, der mittels Wasserkraft gewonnen wird. „Das richtige Management dieser Reservoirs ist extrem wichtig, wird aber durch den Klimawandel erschwert“, sagt Surasak Photia, der den Evonik-Standort Map Ta Phut leitet. Dort stellt die Business Line Silica gefällte Kieselsäure her, die in Produkten vom Autoreifen bis zur Zahnpasta zum Einsatz kommt. Der Produktionsprozess benötigt viel Wasser. Das Produkt wird als weißes Pulver aus der Flüssigkeit gefällt und dann in Filterpressen abgetrennt und getrocknet. „Je nachdem, wie man diesen Prozess fährt, lässt sich viel Wasser sparen“, erklärt Photia. Das haben seine Techniker 2020 unter Beweis gestellt, als in Thailand nach einigen extremen Wetterereignissen das Thema Wasser einmal mehr politisch hochkochte. Ohne Investi­tionen konnte der Standort durch veränderte Filter­einstellungen den Wasserbedarf um zehn Prozent reduzieren.

OSMOSE STATT DESTILLATION

Seinen Namen verdankt der Umbogintwini Industrial Complex dem nahe gelegenen Fluss, der Indische Ozean ist auch nur einen guten Kilometer entfernt. Wasser müsste es demnach in Hülle und Fülle geben. Dennoch ist man im Chemiepark südlich der südafrikanischen Millionenstadt Durban, wo Evonik Wasserstoffperoxid produziert, besorgt. Die unternehmenseigene Wasserstressanalyse attestiert dem Standort nur ein moderates Risiko, doch Extremwetterlagen nehmen zu. „Wir sparen Wasser im Rahmen unserer Nachhaltigkeitsverpflichtungen und um Auswirkungen auf unser Umfeld zu reduzieren“, sagt Surie Govender, die Nachhaltigkeitsbotschafterin für den Standort. „Jeder Tropfen hilft.“ Die Maßnahmen sind vielfältig. Gesammeltes Regenwasser versorgt bereits Sanitäranlagen – künftig soll es im Lager auch zum Reinigen von Transportfässern genutzt werden. Die Pläne in Umbogintwini reichen noch weiter: Kühlwasser ließe sich aufbereiten und in der Produktion verwenden. Ein Projektteam arbeitet daran, Wasserstoffperoxid per Umkehrosmose mittels Membranen aufzubereiten, statt es zu destillieren. Dies würde Dampfenergie, Kühlbedarf und damit auch Wasser sparen.

ENTLASTUNG FÜR DEN FLUSS

Zwei moderne Kühltürme sorgen in Wesseling dafür, dass die Silicaproduktion ohne saisonale ­Unterbrechung laufen kann. Sie kühlen die gereinigten Abwässer nach dem Auswaschen von Filterpressen beson­ders energieeffizient. Der Rhein profitiert von der niedrigeren Einleittemperatur.

KREISLAUF FÜRS KÜHLWASSER

Rund 600 Millionen Kubikmeter Wasser nutzt der Chemiepark Marl pro Jahr. Trotzdem sprechen sie hier am Nordrand des Ruhrgebiets von einem „trockenen Standort“. Denn der Chemiepark liegt an keinem großen Fluss, der Rhein ist Luftlinie gut 20 Kilometer entfernt. Die beschauliche Lippe, die sich im Norden des Geländes vorbeischlängelt, und der Wesel-Datteln-Kanal direkt neben dem Industrieareal können den Durst des Standorts nicht stillen.

Auf sechs Quadratkilometern (der dreifachen Fläche Monacos) sind im Chemiepark Marl drei Kraftwerke und rund 100 Produktionsanlagen von mehr als 20 Unternehmen im Einsatz. Praktisch überall ist Wasser gefragt – als Prozess-, Lösch-, Wasch- oder Trinkwasser, vor allem jedoch als Mittel zur Kühlung und zur Dampferzeugung. Über die Jahrzehnte ist es gelungen, den Bedarf weitgehend von den umliegenden Gewässern abzukoppeln. Statt wie früher Flusswasser zur Durchlaufkühlung zu verwenden, wird das Wasser dazu heute in sogenannten Rückkühlanlagen im Kreis geführt.

Insgesamt rund 80 solcher Kühlzellen verteilen sich auf 18 Rückkühlwerke im Chemiepark. Darin wird ­Wasser auf Verdunstungskörper gerieselt, während von oben ein großer Ventilator Luft durch das System zieht. Auf diese Weise gibt das warme Wasser Verdunstungs­energie an die Luft ab. Über Rohrsysteme wird das auf eine Ziel­temperatur von 20 Grad abgekühlte Wasser zu den Kunden im Park geleitet, die damit ihre Prozesse kühlen und es anschließend um maximal zehn Grad erwärmt zurückführen. Lediglich ein bis anderthalb Prozent des Kühlwassers verdunsten in der Rückkühlanlage und müssen mit aufbereitetem Wasser aus dem Wesel-Datteln-Kanal ersetzt werden.

In Zukunft soll dieser Bedarf weiter sinken. Dazu werden die Betriebe mehr von ihrer Abwärme selbst nutzen oder dorthin abgeben, wo Prozesswärme gebraucht wird. In einem eigenen Abwärmenetzwerk fließt bis zu 80 Grad heißes Wasser von Anlage zu Anlage. „Das ist komplexer als der Kühlkreislauf. Wir müssen die Einspeiser und Abnehmer genau austarieren, damit das System stabil funktioniert“, erklärt Johannes Offer, verantwortlich für Projekte im Bereich Utilities bei Evonik. Der Aufwand lohnt sich: Schon heute können bis 60 Megawattstunden getauscht werden, was dem Wärmebedarf von etwa 6.000 Einfamilienhäusern entspricht. Weitere 50 Megawattstunden wären möglich, meint Offer. „Entsprechend viel könnten wir sparen – nicht nur an Energie, sondern auch an Wasser zur Kühlung und für die Dampferzeugung.“

Für die renaturierte Lippe, ein beliebtes Naherholungsgebiet der Region, ist neben der Entnahme von Wasser vor allem der Zufluss wichtig. Der Chemiepark Marl leitet jährlich rund 15 Millionen Kubikmeter Wasser ein – gut dreimal so viel, wie er ihr entnimmt. Ein Großteil stammt aus eigenen Brunnen sowie aus Regenwasser und Grundwasser. „Alles, was auf unsere Anlagen und unsere Flächen regnet oder durch unseren Boden geht, müssen wir auffangen und aufbereiten für den Fall, dass es verunreinigt wurde“, erklärt Jörg Gisselmann, der bei ­Evonik die Umweltbetriebe Marl leitet. Die Aufbereitung der Abwässer übernehmen Bakterien in einer biologischen Kläranlage. In großen Becken eliminieren sie chemische Verbindungen von Kohlenstoff, Stickstoff oder Phosphor.

Um der wachsenden Abwasserlast durch Kapazitätserweiterungen Herr zu werden, hat Evonik zuletzt eine sogenannte Fenton-Anlage installiert. Damit werden stärker verschmutzte Abwässer vorbehandelt, um sie für die Bakterien „verdaulich“ zu machen. Das Besondere: Mittels Wasserstoffperoxid, das Evonik selbst herstellt, können auch komplexe Kohlenstoffverbindungen umweltschonend zerlegt werden. Das Wasserstoffperoxid selbst wird durch Eisensalze zusätzlich aktiviert. Es entstehen sogenannte Hydroxylradikale, die organische Abwasserinhaltsstoffe aufspalten. So lassen sich auch schwer abbaubare Abwässer biologisch reinigen, und die Lippe bleibt sauber.

SAUBER DANK SUMPFPFLANZEN

Kugelbinse und Südlicher Rohrkolben müssen es richten. Die beiden Sumpfpflanzen wachsen auf einem Schotterbett aus gebrochenem Kalkstein am Rand des Evonik-Standorts Mobile. „Anfang der 2000er-Jahre, als das Becken zusätzlich installiert wurde, um mit der wachsenden Produktion Schritt zu halten, war das ein echtes Novum. NASA-Wissenschaftler hatten Jahre an der Idee getüftelt“, sagt Trey Laubenthal, der am Standort für die gesamte Abwasserbehandlung verantwortlich ist. Hier, im US-Bundesstaat Alabama, setzt das Unternehmen auf eine besonders naturnahe Aufbereitung der Abwässer – immerhin rund 4,5 Millionen Liter am Tag. Ehe die in den nahe gelegenen Theodore Industrial Canal abgeleitet werden, durchlaufen sie mehrere Aufbereitungsstufen. Die letzte ist die sogenannte Sumpfkläranlage: ein Bassin, etwas größer als ein Fußballfeld.

Die Pflanzen darin bilden im Schotterbett ein dichtes Wurzelnetz, mit dem sie dem Wasser nahezu alle verbliebenen Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen entziehen. Diese könnten dem natür­lichen Lebensraum im Kanal schaden. Im Becken gedeihen die Pflanzen derweil so gut, dass sich dazwischen Insekten, Kleintiere und Schlangen tummeln. „Was wir dann in den Kanal einleiten, ist sauberer als das Kanalwasser selbst“, so Laubenthal, der Theodore Industrial Canal – eine Art Sackgasse in der Mobile Bay – sei deshalb heute bei Hobbyanglern beliebt. Nur vor den Alligatoren solle man sich in Acht nehmen.

PRODUKTE AUS PROZESSWASSER

Suresh Pillai ist Geschäftsführer von Evonik Catalysts India. 2022 hat das Unternehmen an seinem Standort Dombivli eine Zero-Liquid-Discharge-Anlage (ZLD) in Betrieb genommen. Sie reinigt das Abwasser und verwandelt Material, das zuvor als Abfall eingestuft wurde, in ein ver­kaufsfähiges Produkt.

Wir nutzen unsere ZLD-Anlage, um unser Prozesswasser zu reinigen. Dabei handelt es sich um Wasser, das wir zum Beispiel zur Herstellung von Metallkatalysatoren verwendet haben. Wir reinigen mit unserer Anlage etwa 550 bis 600 Kubikmeter Abwasser pro Tag. Das entspricht 25 bis 30 Tankwagenladungen. Mehr als die Hälfte davon können wir in unserem Produktionsprozess direkt wiederverwenden. Den Rest verwenden wir als Kühlwasser.

Für uns und unsere Kunden geht es längst nicht nur um Ökologie – das Thema ist ein wichtiger Wachstumstreiber für unser Geschäft. Hier kommt die ZLD-Anlage ins Spiel. Sie zeigt, dass wir es ernst meinen. Konkret können wir unseren Frischwasserverbrauch um rund zwei Drittel reduzieren. Darüber hinaus fallen bei dem Verfahren etwa zehn bis 15 Tonnen Natriumsulfat und bestimmte Mischsalze an, die als Handelsprodukte verkauft werden können.

Die Idee, flüssige Abfälle zu vermeiden, ist nicht ganz neu. Sie ist wichtig, vor allem hier in der Region Maharashtra, wo die Sommer heiß und trocken sind und Wasser kostbar ist. Dennoch ist unser Projekt vorbildlich. Soweit ich weiß, sind wir eines der ersten Unternehmen in der Region, die ZLD nicht nur für einen ausgewählten Prozessablauf oder Anlagenabschnitt einsetzen, sondern für das gesamte Prozesswasser. So zeigen wir, wie eine konsequente Ressourcenschonung umgesetzt werden kann.

Lesen Sie zum gleichen Thema: Der Wasserkreislauf bei Evonik

Fotos: Pretty Pictures, Karsten Bootmann / Evonik Industries AG (4), privat, Berry O’Daniel / Evonik Industries, iStockphoto (7)

Illustration: Oriana Fenwick / Kombinatrotweiss mit Fotovorlage von Stefan Eisenburger

Infografik: Maximilian Nertinger